Rivestimenti in carburo

Mar 20, 2024

Il dottor Yuri Zhuk esplora il tungsteno/carburo di tungsteno CVD come sostituto del cromo duro e dei rivestimenti a spruzzo termico.

Un rivestimento a matrice metallica di tungsteno/carburo di tungsteno sviluppato nel Regno Unito viene adottato da Airbus e da altri utenti globali di componenti critici per il settore aerospaziale, energetico e di controllo del flusso in sostituzione della cromatura dura (HCP) e del rivestimento a spruzzo termico, HVOF

Le normative REACH (Registration, Evaluation, Authorization and Restriction of Chemicals) dell’UE e del Regno Unito vieteranno l’uso dei sali di cromo esavalente cancerogeni utilizzati nella produzione di operatori sanitari entro aprile 2024 a causa dei rischi per la salute e l’ambiente. La ricerca di un sostituto adeguato è stata per diversi anni una priorità chiave della catena di approvvigionamento per i produttori di aeromobili e altri utenti di HCP.

L'HVOF è uno dei rivestimenti a spruzzo termico più utilizzati ed è spesso considerato un'alternativa all'HCP. Tuttavia, presenta diverse limitazioni; I rivestimenti a spruzzo termico possono creare uno spesso strato (fino a diversi mm) su superfici esterne ma non possono essere applicati su superfici nascoste o su geometrie complesse. Non formano un forte legame chimico o metallurgico con la parte rivestita e dipendono dalla ruvidità del substrato per costituire la chiave per la sua adesione meccanica. Di conseguenza, il rivestimento depositato è molto ruvido e, come nel caso dell'HCP, richiede la molatura per ottenere una finitura accettabile.

Hardide Coatings, uno sviluppatore con sede nel Regno Unito di rivestimenti superficiali avanzati, ha sviluppato una famiglia di rivestimenti nanostrutturati a matrice metallica di tungsteno/carburo di tungsteno con deposizione chimica in fase vapore (CVD) a bassa temperatura, progettati come alternative a HCP e HVOF, che superano entrambi in molte proprietà critiche.

Il processo CVD significa che il rivestimento Hardide CVD può raggiungere superfici interne ed esterne e rivestire geometrie complesse a differenza di HCP e HVOF. HCP e HVOF devono essere rettificati dopo il rivestimento per ottenere tolleranze e una finitura superficiale uniforme. Ciò aumenta costi e tempi di produzione e limita la forma delle parti da rivestire a semplici facce piane o cilindriche. I rivestimenti CVD in hardide applicati hanno tipicamente una finitura superficiale di ~0,5 - 0,6 micron Ra, che può essere lucidata a 0,2 - 0,3 micron Ra senza necessità di molatura.

Hardide-A è stato sviluppato appositamente per soddisfare le esigenze dell'industria aerospaziale e corrisponde allo spessore (50 – 100 micron) e alla durezza (800 – 1200 Hv) dell'HCP, semplificando il passaggio eliminando la necessità di modificare disegni e dimensioni del pre-rivestimento .

A causa della bassa espansione termica dell'Hardide-A, il rivestimento depositato è normalmente sottoposto a stress residuo di compressione ed è esente dalle microfessure tipiche dell'HCP. Di conseguenza, il rivestimento in carburo di tungsteno CVD costituisce un'eccellente barriera contro la corrosione, superando l'HCP in questa importante caratteristica. Il rivestimento ha duttilità e tenacità migliorate, un debito di fatica minimo – prestazioni di fatica ad alto numero di cicli molto migliori rispetto a HCP o HVOF e fornisce una migliore protezione contro il grippaggio.

Dopo un lungo ed estensivo programma di test, Hardide Coatings è stata scelta da Airbus per fornire il suo rivestimento Hardide-A in sostituzione dell'HCP e ora sta rivestendo i componenti delle ali degli aerei Airbus A320, A330, A380 e A400M. Per una delle parti realizzate con una sottile piastra di acciaio era stato specificato il rivestimento HVOF, ma nella produzione la maggior parte delle parti si deformava dopo il rivestimento HVOF quando lo strato di spruzzatura termica si raffreddava. Il rivestimento Hardide CVD si è rivelato un'alternativa migliore senza distorsioni delle parti. Un produttore europeo di elicotteri ha approvato il rivestimento Hardide CVD su un albero del cambio in sostituzione del rivestimento HVOF, poiché il rivestimento Hardide liscio ha dimostrato di essere molto meno abrasivo per le guarnizioni, riducendo il rischio di perdite di olio e tagli di manutenzione. Un importante produttore statunitense di pompe volumetriche utilizza sempre più spesso il rivestimento CVD per sostituire l'HCP sia sui pistoni che sui cilindri e ha riscontrato un aumento di 3 volte della durata della pompa durante la movimentazione di fluidi abrasivi.

Ogni alternativa al cromo duro e all'HVOF ha caratteristiche diverse e nessuna sarà un sostituto esatto, quindi la valutazione dell'applicazione e dei suoi requisiti prestazionali è essenziale per determinare la soluzione migliore. Questo approccio, seguito da test approfonditi e valutazioni basate sull’evidenza per garantire che i criteri di prestazione siano soddisfatti, identificherà l’alternativa più adatta per la sostituzione del cromo duro e dell’HVOF componente per componente.